器官衰竭或者損害的患者常常在等待供體時死去，即使接受了器官移植，也有可能被手術(shù)之后的排異反應折磨甚至奪走生命。人造器官能夠解決器官來源不足和排異反應的問題，而在未來，我們可能利用3D生物打印機為患者按需打印出他們需要的器官或者組織。

3D打印揭秘

平時我們打印的圖像或者文字是平面的2D打印，而3D打印則是“打印”出立體的東西。首先，電腦中需要建出打印物品的三維數(shù)字模型，并將三維模型“切割”為一個一個的橫截面；然后3D打印機根據(jù)每個橫截面的信息，用液體狀、粉狀或者片狀的材料將橫截面逐層打印出來，最后將橫截面粘合成一個完整的實體。相比傳統(tǒng)制造業(yè)，3D打印能夠制造出更加復雜的零部件，并且省去了許多輔助加工的環(huán)節(jié)。服裝、建筑、食品、航天等產(chǎn)業(yè)已經(jīng)開始使用3D打印技術(shù)。

打印的物品不同，所需的“墨水”也就不同，打印建筑材料可能需要金屬、打印衣物可能需要尼龍纖維、打印食物可能需要碳水化合物。而在3D打印人造器官、組織和細胞時，當然需要特殊的生物“墨水”。例如，美國Organovo公司研制的打印機有兩個噴頭，一個噴頭使用的墨水為人體細胞，另一個噴頭使用的墨水為凝膠。凝膠作為支架，細胞會附著于上，并一層一層地疊加，最終構(gòu)成血管、器官等等。

3D打印機能打印哪些人體“零件”

在現(xiàn)有的科技與醫(yī)學基礎上，骨骼、血管、干細胞簇，甚至是擁有大部分功能的完整器官，都能夠被打印出來。

●骨骼 美國華盛頓州立大學的研究小組，把生物陶瓷粉作為墨水，打印出了人造骨骼。主要成分為磷酸鈣的生物陶瓷粉適合細胞和骨組織長入，因此是修復骨骼的重要材料。研究者又在生物陶瓷粉中添加了硅和氧化鋅，以增加其強度。然后他們改造了一部金屬3D打印機，來制造人造骨骼的支架。先在打印機上噴撒一層只有半根頭發(fā)厚度的生物陶瓷粉，然后再噴撒上一層黏合劑，這樣一直重復，直到整個支架成形，最后在1250℃下烘烤2小時，骨骼支架便完成了。在實驗中，把未成熟的骨骼細胞置于打印出來的支架上，一周之內(nèi)，它們就開始生長。在未來，這種打印出來的骨骼支架，再加上一些骨骼生長因子，可能為修復下顎或者脊柱等作出重大貢獻。由于打印出來的骨骼支架可以在體內(nèi)降解，因此對于受體不會有明顯的副作用。

●血管 無法通過毛細血管給人造組織或者人造器官輸送養(yǎng)分是生物工程的一個大問題，而德國弗勞霍夫研究所的科學家利用多光子聚合技術(shù)和3D打印制造的人造血管解決了這個問題。想要人造器官能夠在受體內(nèi)發(fā)揮作用，那么它的內(nèi)部必須要有極其精細和復雜的血管群。多光子聚合技術(shù)所產(chǎn)生的鐳射光能夠讓打印出來的血管既具有彈性又十分精確，如此一來，人造血管能夠與人體的自然組織“融為一體”。打印出來的人造血管不會被人體排斥，血管壁上覆有改造過的生物分子，使其能為人造器官輸送養(yǎng)分。這種血管將推動人造器官的飛速發(fā)展。

●干細胞簇 干細胞因為具有能夠分化成為其他細胞的能力，因此是再生醫(yī)學中的研究重點。英國愛丁堡的霍赫瑞瓦特大學通過調(diào)整3D打印機上的微型閥門，能夠用胚胎干細胞作為“墨水”，打印出干細胞簇。這么做能夠加速干細胞發(fā)展成為人造器官的進程。通過打印機的微型閥門，干細胞和培養(yǎng)基能夠精準地噴入備好的有諸多凹孔的培養(yǎng)皿中。在打印3天后，有超過89%的干細胞存活，而且它們都維持了多能性，即可分化成為任何形態(tài)的細胞。由于打印過程受到了閥門的精確控制，因此這些干細胞能夠達到分化的最佳狀態(tài)，能更快更好地成長為人體器官或者組織。這些人造器官和組織除了用于移植以外，還能夠被用于藥物測試。這樣藥物研發(fā)者能夠直接看到人體組織對新藥的反應，而不是動物對新藥的反應。

●迷你肝臟 美國Organovo公司把在手術(shù)或者活檢時移除的組織細胞裝入3D打印機，并打印出了人造迷你肝臟。雖然這個肝臟只有半毫米厚、4毫米寬，但是卻具有肝臟的大部分功能。打印機一共噴撒了約20層干細胞和肝星形細胞，另外還加入了血管細胞，這樣打印出來的肝臟具有精密的血管網(wǎng)絡用于運輸養(yǎng)分和氧氣。迷你肝臟能夠存活約5天，甚至更長的時間。因為迷你肝臟具有真實肝臟的結(jié)構(gòu)和功能，所以科學家在利用其來檢驗藥物或者其他物質(zhì)的毒性時，能夠獲得更為準確的結(jié)果。如同真的肝臟一樣，迷你肝臟能夠合成白蛋白，就是這種肝臟蛋白在我們的身體中“運輸”激素、鹽分和藥物。迷你肝臟還能夠合成膽固醇以及能夠代謝藥物的酶。Organovo的下一步計劃是，利用3D打印技術(shù)制造出真實大小的人類肝臟，并將其用于移植手術(shù)中。

●外耳 通常人造器官所使用的材料密度與泡沫聚苯乙烯差不多，制造出的耳朵與真耳的質(zhì)感相差較大。如果使用病人的肋骨組織來重塑外耳，又增加了手術(shù)的難度和病人的痛苦。為了解決這些問題，美國康奈爾大學的研究人員用3D打印技術(shù)，以含有牛耳活細胞的凝膠作為墨水，制造出了一種新型的人造耳朵，其外觀和功能都與真耳相差無幾。研究人員首先用3D相機拍攝了數(shù)個耳朵的照片，并將其輸入計算機繪出3D圖畫，然后利用3D打印機打出固體模型。由于使用的墨水是高密度的膠原蛋白凝膠，其中還含有能生成軟骨的牛耳細胞，所以數(shù)周后，軟骨便會逐漸長出取代凝膠，3個月后，軟骨會形成柔韌逼真的外耳。打印出的人造外耳是否能夠用于臨床手術(shù)中，可能還需要進一步的研究，但如果能夠這樣大規(guī)模地生產(chǎn)器官，許多患者的人生將被改變。

●心臟 美國華盛頓國家兒童醫(yī)學中心使用3D打印機，耗費25萬美元，制造出了一個心臟的復制品。該醫(yī)院的兒科心臟專家解釋說，對于一些復雜的手術(shù)或者比較罕見的病情，心臟復制品能夠為醫(yī)生提供一個很好的演習機會。計算機利用單個患者心臟的2D掃描圖來構(gòu)建3D模型，之后打印機用塑料材料再把模型制造成為實體。外科手術(shù)醫(yī)生能夠通過一位患者心臟的復制品，更深入地了解其病情并進行一些演練，從而在真正的手術(shù)過程中能夠更加得心應手?，F(xiàn)在，康奈爾大學的研究目標是通過3D打印機，利用真的心臟組織來制造出可用于移植的心臟。